KR20190104376A

KR20190104376A - 협대역 사물 인터넷을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 간 신호 송수신 방법 및 이를 지원하는 장치

Info

Publication number: KR20190104376A
Application number: KR1020197022964A
Authority: KR
Inventors: 박창환; 안준기; 윤석현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-09-09
Also published as: JP2021129312A; EP3584966A1; JP7114613B2; US11038613B2; JP7185724B2; JP2020509679A; US10812211B2; EP3584966A4; EP3584966B1; CN110603755A; CN110603755B; US20210288739A1; WO2018151564A1; US20190372696A1; US20200186271A1

Abstract

본 발명에서는 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 간 신호를 송수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치를 개시한다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템이 TDD (Time Division Duplex) 시스템인 경우, 단말과 기지국 간 신호를 송수신하는 방법에 대한 설명을 개시한다.

Description

협대역 사물 인터넷을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 간 신호 송수신 방법 및 이를 지원하는 장치

이하의 설명은 무선 통신 시스템에 대한 것으로, 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 간 신호를 송수신하는 방법 및 이를 지원하는 장치에 대한 것이다.

보다 구체적으로, 이하의 설명은 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템이 TDD (Time Division Duplex)시스템인 경우, 단말과 기지국 간 신호를 송수신하는 방법에 대한 설명을 포함한다.

무선 접속 시스템이 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 종류의 통신 서비스를 제공하기 위해 광범위하게 전개되고 있다. 일반적으로 무선 접속 시스템은 가용한 시스템 자원(대역폭, 전송 파워 등)을 공유하여 다중 사용자와의 통신을 지원할 수 있는 다중 접속(multiple access) 시스템이다. 다중 접속 시스템의 예들로는 CDMA(code division multiple access) 시스템, FDMA(frequency division multiple access) 시스템, TDMA(time division multiple access) 시스템, OFDMA(orthogonal frequency division multiple access) 시스템, SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 시스템 등이 있다.

특히, IoT (Internet of Things) 통신 기술은 새로이 제안되고 있다. 여기서, IoT는 인간 상호작용(human interaction)을 수반하지 않은 통신을 말한다. 이와 같은 IoT 통신 기술이 셀룰라 기반의 LTE 시스템에 수용되는 방안이 추가적으로 논의되고 있다.

다만, 종래 LTE (Long Term Evolution) 시스템은 고속의 데이터 통신을 지원하는 것을 목적으로 설계되어, 사람들에게 고가의 통신 방식으로 여겨져 왔다.

그러나, IoT 통신은 그 특성상 가격이 저가여야만 널리 보급되어 사용될 수 있다는 특징이 있다.

이에, 원가 절감의 일환으로 대역폭을 축소시키는 논의들이 있어 왔다. 그러나，이와 같이 대역폭을 축소하려면，시간도메인에서 프레임의 구조도 새롭게 설계되어야 하며, 이웃하는 기존 LTE 단말과의 간섭 문제도 고려되어야 한다.

본 발명의 목적은 협대역 사물 인터넷을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 간 동기 신호 등을 송수신하는 방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 상기 무선 통신 시스템이 TDD 시스템인 경우, 상기 단말과 기지국 간 동기 신호 등을 송수신하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시 예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

본 발명은 협대역 사물 인터넷을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말과 기지국 간 신호를 송수신하는 방법 및 장치들을 제공한다.

본 발명의 일 양태로서, 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말이 기지국으로부터 신호를 수신하는 방법에 있어서, 제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 수신하되, 하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고, 상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval동안 수신되고, 상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 수신되고; 상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 수신;하는 것을 포함하는, 단말의 신호 수신 방법을 제안한다.

본 발명의 다른 양태로서, 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 기지국이 단말로 신호를 전송하는 방법에 있어서, 제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval) 동안 전송하되, 하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고, 상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송되고, 상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 전송되고; 상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 전송;하는 것을 포함하는, 기지국의 신호 전송 방법을 제안한다.

본 발명의 또 다른 양태로서, 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 기지국으로부터 신호를 수신하는 단말에 있어서, 수신부; 및 상기 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 수신하되, 하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고, 상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 수신되고, 상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 수신되고; 상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 수신;하도록 구성되는 단말을 제안한다.

본 발명의 또 다른 양태로서, 협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말로 신호를 전송하는 기지국에 있어서, 송신부; 및 상기 송신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되,

상기 프로세서는, 제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송하되, 하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고, 상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송되고, 상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 전송되고; 상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 전송;하도록 구성되는, 기지국을 제안한다.

여기서, 상기 제1 반송파는 앵커 반송파에 대응하고, 상기 제2 반송파는 비-앵커 반송파에 대응할 수 있다.

또한, 상기 X, 및 Y 값은 서로 상이한 값으로 설정될 수 있다.

본 발명에 있어, 상기 하나의 시간 구간은 하나의 무선 프레임(radio frame)이고, 상기 하나의 시간 부-구간은 하나의 서브프레임이고, 상기 하나의 라디오 프레임은 10개의 서브프레임을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 X 값은 6 이고, 상기 Y 값은 1이 적용될 수 있다.

또한, 상기 SIB1-NB가 전송되는 하나 이상의 시간 구간 주기는, 2 시간 구간 주기, 또는 4 시간 구간 주기에 대응할 수 있다.

이때, 상기 SIB1-NB는 상기 NSSS가 전송되지 않는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 상기 제2 반송파를 통해 수신될 수 있다.

또한, 상기 무선 통신 시스템은 TDD (Time Division Duplex)시스템이 적용될 수 있다.

이 경우, 상기 무선 통신 시스템이 3GPP LTE (Long Term Evolution) 시스템에서 정의되는 TDD 시스템인 경우, 상기 무선 통신 시스템은 3GPP LTE 시스템에서 정의되는 하나의 무선 프레임(radio frame)에 대한 상향링크/하향링크 설정 0을 지원하지 않을 수 있다.

상술한 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 단말과 기지국은 NPSS, NSSS는 앵커 반송파를 통해 송수신하나, SIB1-NB는 비-앵커 반송파를 통해 송수신할 수 있다.

특히, LTE TDD 시스템의 경우, 단말 입장에서는 SIB 정보를 수신하기 이전에 기지국에 의해 설정된 상향링크/하향링크 설정을 알기 어려운 바, 상기 단말 및 기지국은 모든 상향링크/하향링크 설정에 대해 공통적으로 적용 가능한 하향링크 서브프레임을 통해 상기 NPSS, NSSS, SIB1-NB 등을 송수신해야 한다는 제약이 발생한다. 이에, 본 발명에서는 한정된 하향링크 자원 내 상기 신호들간 충돌을 최소화하여 송수신하는 방법을 제공하고, 이를 통해 단말 및 기지국은 최적화된 송수신 방법을 이용하여 상기 신호들을 송수신할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다. 각 도면에서의 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1은 물리 채널들 및 이들을 이용한 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 무선 프레임의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3는 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.
도 4는 상향링크 서브 프레임의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 하향링크 서브 프레임의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용 가능한 자립적 서브프레임 구조 (Self-contained subframe structure)를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 TXRU와 안테나 요소 (element)의 대표적인 연결 방식을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 예에 따른 TXRU 및 물리적 안테나 관점에서의 하이브리드 빔포밍 구조를 간단히 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 예에 따른 하향링크 (Downlink, DL) 전송 과정에서 동기 신호 (Synchronization signal)와 시스템 정보 (System information)에 대한 빔 스위핑 (Beam sweeping) 동작을 간단히 나타낸 도면이다.
도 11은 LTE 대역폭 10MHz에 대한 in-band 앵커 캐리어 배치를 간단히 나타낸 도면이다.
도 12는 FDD LTE 시스템에서 하향링크 물리채널 및 하향링크 신호가 전송되는 신호가 전송되는 위치를 간단히 나타낸 도면이다.
도 13은 in-band 모드에서 NB-IoT 신호와 LTE 신호의 자원 할당 예를 간단히 나타낸 도면이다.
도 14 내지 도 17은 스폐셜 서브프레임 설정의 다양한 예시를 나타낸 도면이다.
도 18은 도 14 내지 도 17에 있어 CP length에 따른 subframe구성 및 표식의 의미를 나타낸 도면이다.
도 19은 본 발명에 따른 단말과 기지국 간 신호 송수신 방법을 간단히 나타낸 도면이다.
도 20은 제안하는 실시 예들이 구현될 수 있는 단말 및 기지국의 구성을 도시하는 도면이다.

이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 당업자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 절차 또는 단계는 또한 기술하지 아니하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 이동국 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 이동국과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미가 있다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.

즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 이동국과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있다. 이때, '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), gNode B (gNB), 발전된 기지국(ABS: Advanced Base Station) 또는 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서 단말(Terminal)은 사용자 기기(UE: User Equipment), 이동국(MS: Mobile Station), 가입자 단말(SS: Subscriber Station), 이동 가입자 단말(MSS: Mobile Subscriber Station), 이동 단말(Mobile Terminal) 또는 발전된 이동단말(AMS: Advanced Mobile Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.

또한, 송신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 제공하는 고정 및/또는 이동 노드를 말하고, 수신단은 데이터 서비스 또는 음성 서비스를 수신하는 고정 및/또는 이동 노드를 의미한다. 따라서, 상향링크에서는 이동국이 송신단이 되고, 기지국이 수신단이 될 수 있다. 마찬가지로, 하향링크에서는 이동국이 수신단이 되고, 기지국이 송신단이 될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 무선 접속 시스템들인 IEEE 802.xx 시스템, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 시스템, 3GPP LTE 시스템, 3GPP 5G NR 시스템 및 3GPP2 시스템 중 적어도 하나에 개시된 표준 문서들에 의해 뒷받침될 수 있으며, 특히, 본 발명의 실시예들은 3GPP TS 36.211, 3GPP TS 36.212, 3GPP TS 36.213, 3GPP TS 36.321, 3GPP TS 36.331, 3GPP TS 38.211, 3GPP TS 38.212, 3GPP TS 38.213, 3GPP TS 38.321 및 3GPP TS 38.331 문서들에 의해 뒷받침 될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들 중 설명하지 않은 자명한 단계들 또는 부분들은 상기 문서들을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 본 문서에서 개시하고 있는 모든 용어들은 상기 표준 문서에 의해 설명될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

또한, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

예를 들어, 전송기회구간(TxOP: Transmission Opportunity Period)라는 용어는 전송구간, 전송 버스트(Tx burst) 또는 RRP(Reserved Resource Period)라는 용어와 동일한 의미로 사용될 수 있다. 또한, LBT(Listen Before Talk) 과정은 채널 상태가 유휴인지 여부를 판단하기 위한 캐리어 센싱 과정, CCA(Clear Channel Accessment), 채널 접속 과정(CAP: Channel Access Procedure)과 동일한 목적으로 수행될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예들이 사용될 수 있는 무선 접속 시스템의 일례로 3GPP LTE/LTE-A 시스템에 대해서 설명한다.

이하의 기술은 CDMA(code division multiple access), FDMA(frequency division multiple access), TDMA(time division multiple access), OFDMA(orthogonal frequency division multiple access), SC-FDMA(single carrier frequency division multiple access) 등과 같은 다양한 무선 접속 시스템에 적용될 수 있다.

CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11 (Wi-Fi), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다.

UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced) 시스템은 3GPP LTE 시스템이 개량된 시스템이다. 본 발명의 기술적 특징에 대한 설명을 명확하게 하기 위해, 본 발명의 실시예들을 3GPP LTE/LTE-A 시스템을 위주로 기술하지만 IEEE 802.16e/m 시스템 등에도 적용될 수 있다.

1. 3GPP LTE/LTE_A 시스템

1.1 물리 채널들 및 이를 이용한 신호 송수신 방법

무선 접속 시스템에서 단말은 하향링크(DL: Downlink)를 통해 기지국으로부터 정보를 수신하고, 상향링크(UL: Uplink)를 통해 기지국으로 정보를 전송한다. 기지국과 단말이 송수신하는 정보는 일반 데이터 정보 및 다양한 제어 정보를 포함하고, 이들이 송수신 하는 정보의 종류/용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 물리 채널들 및 이들을 이용한 신호 전송 방법을 설명하기 위한 도면이다.

전원이 꺼진 상태에서 다시 전원이 켜지거나, 새로이 셀에 진입한 단말은 S11 단계에서 기지국과 동기를 맞추는 등의 초기 셀 탐색 (Initial cell search) 작업을 수행한다. 이를 위해 단말은 기지국으로부터 주동기 채널 (P-SCH: Primary Synchronization Channel) 및 부동기 채널 (S-SCH: Secondary Synchronization Channel)을 수신하여 기지국과 동기를 맞추고, 셀 ID 등의 정보를 획득한다.

그 후, 단말은 기지국으로부터 물리방송채널 (PBCH: Physical Broadcast Channel) 신호를 수신하여 셀 내 방송 정보를 획득할 수 있다.

한편, 단말은 초기 셀 탐색 단계에서 하향링크 참조 신호 (DL RS: Downlink Reference Signal)를 수신하여 하향링크 채널 상태를 확인할 수 있다.

초기 셀 탐색을 마친 단말은 S12 단계에서 물리하향링크제어채널 (PDCCH: Physical Downlink Control Channel) 및 물리하향링크제어채널 정보에 따른 물리하향링크공유 채널 (PDSCH: Physical Downlink Control Channel)을 수신하여 조금 더 구체적인 시스템 정보를 획득할 수 있다.

이후, 단말은 기지국에 접속을 완료하기 위해 이후 단계 S13 내지 단계 S16과 같은 임의 접속 과정 (Random Access Procedure)을 수행할 수 있다. 이를 위해 단말은 물리임의접속채널 (PRACH: Physical Random Access Channel)을 통해 프리앰블 (preamble)을 전송하고(S13), 물리하향링크제어채널 및 이에 대응하는 물리하향링크공유 채널을 통해 프리앰블에 대한 응답 메시지를 수신할 수 있다(S14). 경쟁 기반 임의 접속의 경우, 단말은 추가적인 물리임의접속채널 신호의 전송(S15) 및 물리하향링크제어채널 신호 및 이에 대응하는 물리하향링크공유 채널 신호의 수신(S16)과 같은 충돌해결절차 (Contention Resolution Procedure)를 수행할 수 있다.

상술한 바와 같은 절차를 수행한 단말은 이후 일반적인 상/하향링크 신호 전송 절차로서 물리하향링크제어채널 신호 및/또는 물리하향링크공유채널 신호의 수신(S17) 및 물리상향링크공유채널 (PUSCH: Physical Uplink Shared Channel) 신호 및/또는 물리상향링크제어채널 (PUCCH: Physical Uplink Control Channel) 신호의 전송(S18)을 수행할 수 있다.

단말이 기지국으로 전송하는 제어정보를 통칭하여 상향링크 제어정보(UCI: Uplink Control Information)라고 지칭한다. UCI는 HARQ-ACK/NACK (Hybrid Automatic Repeat and reQuest Acknowledgement/Negative-ACK), SR (Scheduling Request), CQI (Channel Quality Indication), PMI (Precoding Matrix Indication), RI (Rank Indication) 정보 등을 포함한다.

LTE 시스템에서 UCI는 일반적으로 PUCCH를 통해 주기적으로 전송되지만, 제어정보와 트래픽 데이터가 동시에 전송되어야 할 경우 PUSCH를 통해 전송될 수 있다. 또한, 네트워크의 요청/지시에 의해 PUSCH를 통해 UCI를 비주기적으로 전송할 수 있다.

1.2. 자원 구조

도 2는 본 발명의 실시예들에서 사용되는 무선 프레임의 구조를 나타낸다.

도 2(a)는 타입 1 프레임 구조(frame structure type 1)를 나타낸다. 타입 1 프레임 구조는 전이중(full duplex) FDD(Frequency Division Duplex) 시스템과 반이중(half duplex) FDD 시스템 모두에 적용될 수 있다.

하나의 무선 프레임(radio frame)은 T_f= 307200*T_s= 10ms의 길이를 가지고, T_slot = 15360*T_s = 0.5ms의 균등한 길이를 가지며 0부터 19의 인덱스가 부여된 20개의 슬롯으로 구성된다. 하나의 서브프레임은 2개의 연속된 슬롯으로 정의되며, i 번째 서브프레임은 2i 와 2i+1에 해당하는 슬롯으로 구성된다. 즉, 무선 프레임(radio frame)은 10개의 서브프레임(subframe)으로 구성된다. 하나의 서브프레임을 전송하는 데 걸리는 시간을 TTI(transmission time interval)이라 한다. 여기서, T_s 는 샘플링 시간을 나타내고, T_s=1/(15kHz×2048)=3.2552×10^-8(약 33ns)로 표시된다. 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼 또는 SC-FDMA 심볼을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 자원블록(Resource Block)을 포함한다.

하나의 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼을 포함한다. 3GPP LTE는 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 OFDM 심볼은 하나의 심볼 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것이다. OFDM 심볼은 하나의 SC-FDMA 심볼 또는 심볼 구간이라고 할 수 있다. 자원 블록(resource block)은 자원 할당 단위이고, 하나의 슬롯에서 복수의 연속적인 부반송파(subcarrier)를 포함한다.

전이중 FDD 시스템에서는 각 10ms 구간 동안 10개의 서브프레임은 하향링크 전송과 상향링크 전송을 위해 동시에 이용될 수 있다. 이때, 상향링크와 하향링크 전송은 주파수 영역에서 분리된다. 반면, 반이중 FDD 시스템의 경우 단말은 전송과 수신을 동시에 할 수 없다.

상술한 무선 프레임의 구조는 하나의 예시에 불과하며, 무선 프레임에 포함되는 서브 프레임의 수 또는 서브 프레임에 포함되는 슬롯의 수, 슬롯에 포함되는 OFDM 심볼의 수는 다양하게 변경될 수 있다.

도 2(b)는 타입 2 프레임 구조(frame structure type 2)를 나타낸다. 타입 2 프레임 구조는 TDD 시스템에 적용된다. 하나의 무선 프레임(radio frame)은 T_f= 307200*T_s= 10ms의 길이를 가지며, 153600*T_s = 5ms 길이를 가지는 2개의 하프프레임(half-frame)으로 구성된다. 각 하프프레임은 30720*T_s = 1ms의 길이를 가지는 5개의 서브프레임으로 구성된다. i 번째 서브프레임은 2_i 와 2_i+1에 해당하는 각 T_slot = 15360*T_s = 0.5ms의 길이를 가지는 2개의 슬롯으로 구성된다. 여기에서, T_s 는 샘플링 시간을 나타내고, T_s=1/(15kHz×2048)=3.2552×10^-8(약 33ns)로 표시된다.

타입 2 프레임에는 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot), 보호구간(GP: Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)인 3가지의 필드로 구성되는 특별 서브프레임을 포함한다. 여기서, DwPTS는 단말에서의 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. 보호구간은 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 구간이다.

다음 표 1은 특별 프레임의 구성(DwPTS/GP/UpPTS의 길이)을 나타낸다.

또한, LTE Rel-13 시스템에서는 특별 프레임의 구성(DwPTS/GP/UpPTS의 길이)가 하기 표와 같이 X (추가적인 SC-FDMA 심볼 개수, 상위 계층 파라미터 srs-UpPtsAdd 에 의해 제공되며, 상기 파라미터가 설정되지 않으면 X는 0과 같음)를 고려하여 설정되는 구성이 새로이 추가되었고, LTE Rel-14 시스템에서는 Special subframe configuration #10이 새로이 추가되었다. 여기서, UE는 하향링크에서의 일반 CP를 위한 special subframeconfigurations {3, 4, 7, 8} 및 하향링크에서의 확장된 CP를 위한 special subframeconfigurations {2, 3, 5, 6}에 대해 2개의 추가 UpPTS SC-FDMA 심볼들이 설정될 것을 기대하지 않을 수 있다. 추가적으로, 상기 UE는 하향링크 에서의 일반 CP를 위한 special subframeconfigurations {1, 2, 3, 4, 6, 7, 8} 및 하향링크에서의 확장된 CP를 위한 special subframeconfigurations {1, 2, 3, 5, 6}에 대해 4개의 추가 UpPTS SC-FDMA 심볼들이 설정될 것을 기대하지 않을 수 있다. (The UE is not expected to be configured with 2 additional UpPTS SC-FDMA symbols for special subframeconfigurations {3, 4, 7, 8} for normal cyclic prefix in downlink and special subframeconfigurations {2, 3, 5, 6} for extended cyclic prefix in downlink and 4 additional UpPTS SC-FDMA symbols for special subframeconfigurations {1, 2, 3, 4, 6, 7, 8} for normal cyclic prefix in downlink and special subframeconfigurations {1, 2, 3, 5, 6} for extended cyclic prefix in downlink.)

도 3은 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)를 예시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 하나의 하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심볼을 포함한다. 여기서, 하나의 하향링크 슬롯은 7개의 OFDM 심볼을 포함하고, 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 12개의 부 반송파를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

자원 그리드 상에서 각 요소(element)를 자원 요소(resource element)하고, 하나의 자원 블록은 12 × 7 개의 자원 요소를 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원 블록들의 수 NDL은 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다.

도 4는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 상향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 상향링크 서브 프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나눌 수 있다. 제어 영역에는 상향링크 제어 정보를 나르는 PUCCH가 할당된다. 데이터 영역은 사용자 데이터를 나르는 PUSCH가 할당된다. 단일 반송파 특성을 유지하기 위해 하나의 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말에 대한 PUCCH에는 서브 프레임 내에 RB 쌍이 할당된다. RB 쌍에 속하는 RB들은 2개의 슬롯들의 각각에서 서로 다른 부 반송파를 차지한다. 이러한 PUCCH에 할당된 RB 쌍은 슬롯 경계(slot boundary)에서 주파수 도약(frequency hopping)된다고 한다.

도 5는 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있는 하향링크 서브 프레임의 구조를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 서브 프레임내의 첫번째 슬롯에서 OFDM 심볼 인덱스 0부터 최대 3개의 OFDM 심볼들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심볼들은 PDSCH이 할당되는 데이터 영역(data region)이다. 3GPP LTE에서 사용되는 하향링크 제어 채널의 일례로 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH, PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다.

PCFICH는 서브 프레임의 첫 번째 OFDM 심볼에서 전송되고, 서브 프레임 내에 제어 채널들의 전송을 위하여 사용되는 OFDM 심볼들의 수(즉, 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH는 상향 링크에 대한 응답 채널이고, HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Negative-Acknowledgement) 신호를 나른다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어정보(DCI: downlink control information)라고 한다. 하향링크 제어정보는 상향링크 자원 할당 정보, 하향링크 자원 할당 정보 또는 임의의 단말 그룹에 대한 상향링크 전송(Tx) 파워 제어 명령을 포함한다.

2. 새로운 무선 접속 기술 (New Radio Access Technology) 시스템

더욱 많은 통신 기기들이 더욱 큰 통신 용량을 요구하게 됨에 따라 기존의 무선 접속 기술 (radio access technology, RAT)에 비해 향상된 단말 광대역 (mobile broadband) 통신에 대한 필요성이 대두되었다. 또한 다수의 기기 및 사물들을 연결하여 언제 어디서나 다양한 서비스를 제공하는 매시브 (massive) MTC (Machine Type Communications) 역시 필요하게 되었다. 뿐만 아니라 신뢰성 (reliability) 및 지연 (latency) 에 민감한 서비스/UE 를 고려한 통신 시스템의 디자인이 제시되었다.

이와 같이 향상된 단말 광대역 통신 (enhanced mobile broadband communication), 매시브 MTC, URLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communication) 등을 고려한 새로운 무선 접속 기술로써 새로운 무선 접속 기술 시스템이 제안되었다. 이하, 본 발명에서는 편의상 해당 기술을 New RAT 또는 NR (New Radio)이라 명명한다.

2.1. 뉴머롤로지들 (Numeriologies)

본 발명이 적용 가능한 NR 시스템에서는 하기 표와 같은 다양한 OFDM 뉴머롤로지를 지원한다. 이때, 반송파 대역폭 부분 (carrier bandwidth part)별 μ 및 순환 전치 (Cyclic prefix) 정보는 하향링크 (DL) 또는 상향링크 (UL) 별로 각각 시그널링될 수 있다. 일 예로, 하향링크 반송파 대역폭 부분 (downlink carrier bandwidth part)을 위한 μ 및 순환 전치 (Cyclic prefix) 정보는 상위 계층 시그널링 DL-BWP-mu 및 DL-MWP-cp를 통해 시그널링될 수 있다. 다른 예로, 상향링크 반송파 대역폭 부분 (uplink carrier bandwidth part)을 위한 μ 및 순환 전치 (Cyclic prefix) 정보는 상위 계층 시그널링 UL-BWP-mu 및 UL-MWP-cp를 통해 시그널링될 수 있다

2.2. 프레임 구조

하향링크 및 상향링크 전송은 10ms 길이의 프레임으로 구성된다. 상기 프레임은 1ms 길이의 서브프레임이 10개 모여 구성될 수 있다. 이때, 각 서브프레임 별 연속하는 OFDM 심볼의 개수는

이다.

각 프레임은 2개의 동일한 크기를 갖는 하프-프레임(half frame)으로 구성될 수 있다. 이때, 각 하프-프레임은 각각 서브프레임 0 - 4 및 서브프레임 5- 9 로 구성될 수 있다.

부반송파 간격(subcarrier spacing) μ 에 대해, 슬롯은 하나의 서브프레임 내 오름차순으로

와 같이 넘버링되고, 하나의 프레임 내 오름차순으로

와 같이 넘버링될 수 있다. 이때, 하나의 슬롯내 연속하는 OFDM 심볼 개수 (

)는 순환 전치에 따라 하기 표와 같이 결정될 수 있다. 하나의 서브프레임 내 시작 슬롯 (

)은 동일한 서브프레임 내 시작 OFDM 심볼 (

) 과 시간 차원에서 정렬되어 있다 (aligned). 하기 표 4는 일반 순환 전치 (normal cyclic prefix)를 위한 슬롯별 / 프레임별/ 서브프레임별 OFDM 심볼의 개수를 나타내고, 표 5는 확장된 순환 전치 (extended cyclic prefix)를 위한 슬롯별 / 프레임별/ 서브프레임별 OFDM 심볼의 개수를 나타낸다.

본 발명이 적용 가능한 NR 시스템에서는 상기와 같은 슬롯 구조로써 자립적 슬롯 구조 (Self-contained slot structure)가 적용될 수 있다.

도 6은 본 발명에 적용 가능한 자립적 슬롯 구조 (Self-contained slot structure)를 나타낸 도면이다.

도 6에서 빗금친 영역 (예: symbol index =0)은 하향링크 제어 (downlink control) 영역을 나타내고, 검정색 영역 (예: symbol index =13)은 상향링크 제어 (uplink control) 영역을 나타낸다. 이외 영역 (예: symbol index = 1 ~ 12)은 하향링크 데이터 전송을 위해 사용될 수도 있고, 상향링크 데이터 전송을 위해 사용될 수도 있다.

이러한 구조에 따라 기지국 및 UE는 한 개의 슬롯 내에서 DL 전송과 UL 전송을 순차적으로 진행할 수 있으며, 상기 하나의 슬롯 내에서 DL 데이터를 송수신하고 이에 대한 UL ACK/NACK도 송수신할 수 있다. 결과적으로 이러한 구조는 데이터 전송 에러 발생시에 데이터 재전송까지 걸리는 시간을 줄이게 되며, 이로 인해 최종 데이터 전달의 지연을 최소화할 수 있다.

이와 같은 자립적 슬롯 구조에서 기지국과 UE가 송신 모드에서 수신모드로 전환 또는 수신모드에서 송신모드로 전환을 위해서는 일정 시간 길이의 타입 갭(time gap)이 필요하다. 이를 위하여 자립적 슬롯 구조에서 DL에서 UL로 전환되는 시점의 일부 OFDM 심볼은 가드 구간 (guard period, GP)로 설정될 수 있다.

앞서 상세한 설명에서는 자립적 슬롯 구조가 DL 제어 영역 및 UL 제어 영역을 모두 포함하는 경우를 설명하였으나, 상기 제어 영역들은 상기 자립적 슬롯 구조에 선택적으로 포함될 수 있다. 다시 말해, 본 발명에 따른 자립적 슬롯 구조는 도 6과 같이 DL 제어 영역 및 UL 제어 영역을 모두 포함하는 경우 뿐만 아니라 DL 제어 영역 또는 UL 제어 영역만을 포함하는 경우도 포함할 수 있다.

일 예로, 슬롯은 다양한 슬롯 포맷을 가질 수 있다. 이때, 각 슬롯의 OFDM 심볼은 하향링크 ('D'로 표기함), 플렉시블('X'로 표기함), 상향링크 ('U'로 표기함)로 분류될 수 있다.

따라서, 하향링크 슬롯에서 UE는 하향링크 전송이 'D' 및 'X' 심볼들에서만 발생한다고 가정할 수 있다. 이와 유사하게, 상향링크 슬롯에서 UE는 상향링ㄹ크 전송이 'U' 및 'X' 심볼에서만 발생한다고 가정할 수 있다.

2.3. 아날로그 빔포밍 (Analog beamforming)

밀리미터 파 (Millimeter Wave, mmW)에서는 파장이 짧아 동일 면적에 다수개의 안테나 요소(element)의 설치가 가능하다. 즉, 30GHz 대역에서 파장은 1cm이므로, 5 * 5 cm의 패널(panel)에 0.5 lambda(파장) 간격으로 2-차원 (2-dimension) 배열을 하는 경우 총 100개의 안테나 요소를 설치할 수 있다. 이에 따라, 밀리미터 파 (mmW)에서는 다수개의 안테나 요소를 사용하여 빔포밍 (beamforming, BF) 이득을 높여 커버리지를 증가시키거나, 쓰루풋 (throughput)을 높일 수 있다.

이때, 안테나 요소 별로 전송 파워 및 위상 조절이 가능하도록 각 안테나 요소는 TXRU(Transceiver Unit)을 포함할 수 있다. 이를 통해, 각 안테나 요소는 주파수 자원 별로 독립적인 빔포밍을 수행할 수 있다.

그러나 100여개의 안테나 요소 모두에 TXRU를 설치하기에는 가격측면에서 실효성이 떨어지는 문제를 갖게 된다. 그러므로 하나의 TXRU에 다수개의 안테나 요소를 매핑하고 아날로그 위상 시프터 (analog phase shifter)로 빔(beam)의 방향을 조절하는 방식이 고려되고 있다. 이러한 아날로그 빔포밍 방식은 전 대역에 있어서 하나의 빔 방향만을 만들 수 있어 주파수 선택적 빔포밍이 어렵다는 단점을 갖는다.

이에 대한 해결 방안으로, 디지털 빔포밍과 아날로그 빔포밍의 중간 형태로 Q개의 안테나 요소보다 적은 개수인 B개의 TXRU를 갖는 하이브리드 빔포밍 (hybrid BF)를 고려할 수 있다. 이 경우에 B개의 TXRU와 Q개의 안테나 요소의 연결 방식에 따라서 차이는 있지만, 동시에 전송할 수 있는 빔(beam)의 방향은 B개 이하로 제한될 수 있다.

도 7 및 도 8은 TXRU와 안테나 요소 (element)의 대표적인 연결 방식을 나타낸 도면이다. 여기서 TXRU 가상화 (virtualization) 모델은 TXRU의 출력 신호와 안테나 요소의 출력 신호의 관계를 나타낸다.

도 7은 TXRU가 서브 어레이 (sub-array)에 연결된 방식을 나타낸 도면이다. 도 7의 경우, 안테나 요소는 하나의 TXRU에만 연결된다.

반면, 도 8은 TXRU가 모든 안테나 요소에 연결된 방식을 나타낸 도면이다. 도 8의 경우, 안테나 요소는 모든 TXRU에 연결된다. 이때, 안테나 요소가 모든 TXRU에 연결되기 위하여 도 8에 도시된 바와 같이 별도의 덧셈기를 필요로 한다.

도 7 및 도 8에서, W는 아날로그 위상 시프터 (analog phase shifter)에 의해 곱해지는 위상 벡터를 나타낸다. 즉, W는 아날로그 빔포밍의 방향을 결정하는 주요 파라미터이다. 여기서 CSI-RS 안테나 포트와 TXRU들과의 매핑은 1:1 또는 1:다(多) (1-to-many) 일 수 있다.

도 7의 구성에 따르면, 빔포밍의 포커싱이 어려운 단점이 있으나, 전체 안테나 구성을 적은 비용으로 구성할 수 있다는 장점이 있다.

도 8의 구성에 따르면, 빔포밍의 포커싱이 쉽다는 장점이 있다. 다만, 모든 안테나 요소에 TXRU가 연결되는 바, 전체 비용이 증가한다는 단점이 있다.

본 발명이 적용 가능한 NR 시스템에서 복수의 안테나가 사용되는 경우, 디지털 빔포밍 (Digital beamforming) 및 아날로그 빔포밍 (Analog beamforming)을 결합한 하이브리드 빔포밍 (Hybrid beamforming) 기법이 적용될 수 있다. 이때, 아날로그 빔포밍 (또는 RF (Radio Frequency) 빔포밍)은 RF 단에서 프리코딩 (또는 콤바이닝 (Combining))을 수행하는 동작을 의미한다. 그리고, 하이브리드 빔포밍에서 베이스밴드 (Baseband) 단과 RF 단은 각각 프리코딩 (또는 콤바이닝)을 수행한다. 이로 인해 RF 체인 수와 D/A (Digital-to-Analog) (또는 A/D (Analog-to-Digital) 컨버터 수를 줄이면서도 디지털 빔포밍에 근접하는 성능을 낼 수 있다는 장점이 있다.

설명의 편의상, 상기 하이브리드 빔포밍 구조는 N개 송수신단 (Transceiver unit, TXRU)과 M개의 물리적 안테나로 표현될 수 있다. 이때, 송신단에서 전송할 L개 데이터 계층 (Data layer)에 대한 디지털 빔포밍은 N * L (N by L) 행렬로 표현될 수 있다. 이후 변환된 N개 디지털 신호는 TXRU를 거쳐 아날로그 신호로 변환되고, 상기 변환된 신호에 대해 M * N (M by N) 행렬로 표현되는 아날로그 빔포밍이 적용된다.

도 9는 본 발명의 일 예에 따른 TXRU 및 물리적 안테나 관점에서의 하이브리드 빔포밍 구조를 간단히 나타낸 도면이다. 이때, 상기 도 9에서 디지털 빔의 개수는 L개이며, 아날로그 빔의 개수는 N개이다.

추가적으로, 본 발명이 적용 가능한 NR 시스템에서는 기지국이 아날로그 빔포밍을 심볼 단위로 변경할 수 있도록 설계하여 특정한 지역에 위치한 단말에게 보다 효율적인 빔포밍을 지원하는 방법을 고려하고 있다. 더 나아가, 도9와 같이 특정 N개의 TXRU와 M개의 RF 안테나를 하나의 안테나 패널(panel)로 정의할 때, 본 발명에 따른 NR 시스템에서는 서로 독립적인 하이브리드 빔포밍이 적용 가능한 복수의 안테나 패널을 도입하는 방안까지 고려되고 있다.

상기와 같이 기지국이 복수의 아날로그 빔을 활용하는 경우, 단말 별로 신호 수신에 유리한 아날로그 빔이 다를 수 있다. 이에 따라, 본 발명이 적용 가능한 NR 시스템에서는 기지국이 특정 서브프레임 (SF) 내에서 심볼 별로 상이한 아날로그 빔을 적용하여 (적어도 동기 신호, 시스템 정보, 페이징 (Paging) 등) 신호를 전송함으로써 모든 단말이 수신 기회를 가질 수 있도록 하는 빔 스위핑 (Beam sweeping) 동작이 고려되고 있다.

도 10은 본 발명의 일 예에 따른 하향링크 (Downlink, DL) 전송 과정에서 동기 신호 (Synchronization signal)와 시스템 정보 (System information)에 대한 빔 스위핑 (Beam sweeping) 동작을 간단히 나타낸 도면이다.

도 10에 있어, 본 발명이 적용 가능한 NR 시스템의 시스템 정보가 브로드캐스팅 (Broadcasting) 방식으로 전송되는 물리적 자원 (또는 물리 채널)을 xPBCH (physical broadcast channel)으로 명명한다. 이때, 한 심볼 내에서 서로 다른 안테나 패널에 속하는 아날로그 빔들은 동시에 전송될 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용 가능한 NR 시스템에서는 아날로그 빔 별 채널을 측정하기 위한 구성으로써 (특정 안테나 패널에 대응되는) 단일 아날로그 빔이 적용되어 전송되는 참조 신호 (Reference signal, RS)인 빔 참조 신호 (Beam RS, BRS)의 도입이 논의되고 있다. 상기 BRS는 복수의 안테나 포트에 대해 정의될 수 있으며, BRS의 각 안테나 포트는 단일 아날로그 빔에 대응될 수 있다. 이때, BRS와 달리, 동기 신호 또는 xPBCH는 임의의 단말이 잘 수신할 수 있도록 아날로그 빔 그룹 내 모든 아날로그 빔이 적용되어 전송될 수 있다.

3. NB-IoT (Narrow Band - Internet of Things)

이하에서는 NB-IoT에 대한 기술적 특징에 대해 상세히 설명한다. 이때, 설명의 편의상, 하기에서는 3GPP LTE 표준에 기반한 NB-IoT에 대해 중점적으로 설명하나, 해당 구성은 3GPP NR 표준에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 이를 위해, 일부 기술 구성들은 변경되어 해석될 수 있다 (예: 서브프레임 -> 슬롯)

따라서, 이하에서는 LTE 표준 기술을 기준으로 NB-IoT 기술에 대해 상세히 설명하나, 당업자에게 용이하게 도출 가능한 범주 내에서 상기 LTE 표준 기술은 NR 표준 기술로 대체되어 해석될 수 있다.

3.1. 운용 모드 및 주파수

NB-IoT는 in-band, guardband, stand-alone의 세가지 운용 모드를 지원하며, 각 모드 별로 동일한 요구사항이 적용된다.

(1) In-band 모드는 Long-Term Evolution(LTE) 대역 내 자원 중 일부를 NB-IoT에 할당하여 운용한다.

(2) Guardband 모드는 LTE의 보호 주파수 대역을 활용하며, NB-IoT 캐리어는 LTE의 가장자리 부반송파에 되도록 가깝게 배치된다.

(3) Stand-alone 모드는 Global System for Mobile Communications(GSM) 대역 내 일부 캐리어를 별도로 할당하여 운영한다.

NB-IoT 단말은 초기 동기화를 위해 100kHz 단위로 앵커 캐리어(anchor carrier)를 탐색하며, in-band 및 guardband의 앵커 캐리어 중심주파수는 100kHz 채널 래스터(channel raster)로부터 ±7.5kHz 이내에 위치하여야 한다. 또한, LTE PRB 중에서 가운데 6 PRB는 NB-IoT에 할당하지 않는다. 따라서 앵커 캐리어는 특 정 Physical Resource Block(PRB)에만 위치할 수 있다.

도 11은 LTE 대역폭 10MHz에 대한 in-band 앵커 캐리어 배치를 간단히 나타낸 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, Direct Current (DC) 부반송파는 채널 래스터에 위치한다. 인접 PRB 간 의 중심주파수 간격은 180kHz이기 때문에 PRB 인덱스 4, 9, 14, 19, 30, 35, 40, 45는 채널 래스터로부터 ±2.5kH에 중심주파수가 위치하게 된다.

마찬가지로 대역폭 20MHz인 경우도 앵커 캐리어 전송에 적합한 PRB 의 중심주파수는 채널 래스터로부터 ±2.5kHz에 위치하며, 대역폭 3MHz, 5MHz, 15MHz 경우에는 ±7.5kHz에 위치하게 된다.

Guardband 모드의 경우, 대역폭 10MHz와 20MHz에 대해서 LTE의 가장자리 PRB에 바로 인접한 PRB가 채널 래스터로부터 ±2.5kHz에 중심주파수가 위치하며, 3MHz, 5MHz, 15MHz 경우에는 가장자리 PRB로부터 3개의 부반송파에 해당하는 보호 주파수 대역을 사용함으로써 채널 래스터로부터 ±7.5kHz에 앵커 캐리어의 중심주파수를 위치시킬 수 있다.

Stand-alone 모드의 앵커 캐리어는 100kHz 채널 래스터에 정렬되며, DC 캐리어를 포함한 모든 GSM 캐리어를 NB-IoT 앵커 캐리어로 활용할 수 있다.

또한, NB-IoT는 다수의 캐리어 운용을 지원하며, in-band + in-band, in-band + guardband, guard band + guardband, stand-alone + stand-alone의 조합이 사용될 수 있다.

3.2. 물리채널

3.2.1. 하향링크 (DL)

NB-IoT 하향링크는 15kHz 부반송파 간격을 갖는 Orthogonal Frequency Division MultipleAccess(OFDMA) 방식을 사용한다. 이는 부반송파 간 직교성을 제공하여 LTE 시스템과의 공존(coexistence)을 원활하게 한다.

하향링크에는 Narrowband Physical Broadcast Channel (NPBCH), Narrowband Physical Downlink Shared Channel(NPDSCH), Narrowband Physical Downlink Control Channel(NPDCCH)와 같은 물리채널이 제공되며, 물리신호로는 Narrowband Primary Synchronization Signal(NPSS), Narrowband Primary Synchronization Signal(NSSS), Narrowband Reference Signal(NRS)가 제공된다.

도 12는 FDD LTE 시스템에서 하향링크 물리채널 및 하향링크 신호가 전송되는 신호가 전송되는 위치를 간단히 나타낸 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, NPBCH는 매 프레임의 첫 번째 서브프레임, NPSS는 매 프레임의 여섯 번째 서브프레임, 그리고 NSSS는 매 짝수 프레임의 마지막 서브프레임에 전송된다.

NB-IoT 단말은 망에 접속하기 위해 셀의 시스템 정보를 획득하여야 한다. 이를 위해서 셀 탐색 과정을 통해 셀과의 동기를 획득하여야 하며, 이를 위해 동기신호(NPSS, NSSS)가 하향링크로 전송된다.

NB-IoT 단말은 동기신호를 이용하여 주파수, 심볼, 프레임 동기를 획득하고 504개의 PCID(Physical Cell ID)를 탐색한다. LTE 동기 신호는 6 PRB 자원을 통해 전송되도록 설계되었으며, 1 PRB를 사용하는 NB-IoT에 재사용하기는 불가능하다.

이에, 새로운 NB-IoT 동기신호가 설계되었으며, NB-IoT의 세 가지 운용모드에 동일하게 적용된다.

보다 구체적으로, NB-IoT 시스템에서의 동기 신호인 NPSS 는 시퀀스의 길이가 11이며 루트 인덱스 (root index) 값으로 5를 갖는 ZC (Zadoff-Chu) 시퀀스로 구성된다.

이때, 상기 NPSS는 하기의 수학식에 따라 생성될 수 있다.

여기서, 심볼 인덱스 l에 대한 S(l)은 하기 표와 같이 정의될 수 있다.

또한, NB-IoT 시스템에서의 동기 신호인 NSSS는 시퀀스의 길이가 131인 ZC 시퀀스와 Hadamard 시퀀스와 같은 이진 스크램블링 (binary scrambling) 시퀀스의 조합으로 구성된다. 특히, NSSS는 셀 내 NB-IoT 단말들에게 상기 시퀀스들의 조합을 통해 PCID를 지시한다.

이때, 상기 NSSS는 하기의 수학식에 따라 생성될 수 있다.

여기서, 수학식 2에 적용되는 변수들은 다음과 같이 정의될 수 있다.

또한, 이진 시퀀스 b_q(m)은 하기 표와 같이 정의되고, 프레임 번호 n_f 에 대한 순환 시프트 (cyclic shift) θ_f는 하기 수학식과 같이 정의될 수 있다.

NRS은 하향링크 물리채널 복조에 필요한 채널추정을 위한 기준 신호로 제공되며 LTE와 동일한 방식으로 생성된다. 다만 초기화를 위한 초기값으로 NBNarrowband-Physical Cell ID(PCID)를 사용한다.

NRS는 하나 또는 두 개의 안테나 포트에 전송되며, NB-IoT의 기지국 송신 안테나는 최대 2개까지 지원된다.

NPBCH는 NB-IoT 단말이 시스템에 접속하기 위해 반드시 알아야 하는 최소한의 시스템 정보인 Master Information Block-Narrowband(MIB-NB)를 단말에 전달한다.

MIB-NB의 Transport Block Size(TBS)는 34 비트이고 640ms Transmission Time Interval(TTI) 주기마다 새로 업데이트되어 전송되며, 운용 모드, System Frame Number(SFN),Hyper-SFN, Cell-specific Reference Signal(CRS) port 수, 채널 래스터 오프셋 등의 정보를 포함한다.

NPBCH 신호는 커버리지 향상을 위해 총 8번의 반복 전송이 가능하다.

NPDCCH 채널은 NPBCH와 동일한 송신 안테나 구성을 갖게 되며, 3종류의 Downlink Control Information (DCI) 포맷을 지원한다. DCI N0는 Narrowband Physical Uplink Shared Channel (NPUSCH) 스케줄링 정보를 단말에 전송할 때 사용되며, DCI N1과 N2는 NPDSCH의 복조에 필요한 정보를 단말에 전달하는 경우에 사용된다. NPDCCH는 커버리지 향상을 위해 최대 2048번의 반복 전송이 가능하다.

NPDSCH는 Downlink-Shared Channel(DL-SCH), Paging Channel(PCH)과 같은 Transport Channel(TrCH) 전송을 위한 물리채널이다. 최대 TBS는 680 비트이며, 커버리지 향상을 위해 최대 2048번 반복 전송이 가능하다.

3.2.2. 상향링크 (UL)

상향링크 물리채널은 Narrowband Physical Random Access Channel(NPRACH), NPUSCH로 구성되며, single-tone 및 multi-tone 전송을 지원한다.

Multi-tone 전송은 15kHz 부반송파 간격에 대해서만 지원되며, single-tone 전송은 3.5kHz와 15kHz의 부반송파 간격에 대해서 지원된다.

상향링크에서 15Hz 부반송파 간격은 LTE와의 직교성을 유지할 수 있어 최적의 성능을 제공할 수 있지만, 3.75kHz 부반송파 간격은 직교성이 와해되어 간섭으로 인한 성능열화가 발생할 수 있다.

NPRACH 프리앰블은 네 개의 심볼그룹으로 구성되며, 여기서 각 심볼그룹은 Cyclic Prefix(CP)와 다섯 개의 심볼로 구성된다. NPRACH는 3.75kHz 부반송파 간격의 single-tone 전송만 지원하며, 서로 다른 셀 반경을 지원하기 위해 66.7μs과 266.67μs 길이의 CP를 제공한다. 각 심볼그룹은 주파수 도약(frequency hopping)을 수행하며 도약 패턴은 다음과 같다.

첫 번째 심볼 그룹을 전송하는 부반송파는 의사 랜덤(pseudo-random) 방식으로 결정된다. 두 번째 심볼 그룹은 1부반송파, 세 번째 심볼 그룹은 6부반송파, 그리고 네 번째 심볼 그룹은 1부반송파 도약을 한다.

반복 전송의 경우에는 위의 주파수 호핑 절차를 반복하여 적용하며, 커버리지 향상을 위해 NPRACH 프리앰블은 최대 128번까지 반복 전송이 가능하다.

NPUSCH는 두 가지 포맷을 지원한다. Format 1은 UL-SCH 전송을 위한 것이며, 최대 TBS(Transmission Block Size)는 1000비트 이다. Format 2는 HARQ ACK 시그널링과 같은 상향링크 제어정보 전송에 사용된다. Format 1은 single-tone 및 multi-tone 전송을 지원하며, format 2는 single-tone 전송만 지원된다. Single-tone 전송의 경우 PAPR(Peat-to-Average Power Ratio)을 줄이기 위해서 p/2-BPSK(Binary Phase Shift Keying), p/4-QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)를 사용한다.

3.2.3. 자원 매핑

Stand-alone과 guard band 모드에서는 1 PRB에 포함된 모든 자원을 NB-IoT에 할당할 수 있지만, in-band 모드의 경우는 기존 LTE 신호와의 직교성 유지를 위해 자원 매핑에 제약이 따른다.

NB-IoT 단말은 시스템 정보가 없는 상황에서 초기 동기화를 위해 NPSS 및 NSSS를 검출하여야 한다. 따라서 LTE 제어채널 할당 영역으로 분류되는 자원(매 서브프레임의 0~2번 OFDM 심볼)은 NPSS, NSSS에 할당할 수 없으며, LTE CRS와 중첩되는 RE(Resource Element)에 매핑된 NPSS, NSSS심볼은 천공(puncturing)이 되어야 한다.

도 13은 in-band 모드에서 NB-IoT 신호와 LTE 신호의 자원 할당 예를 간단히 나타낸 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, NPSS 및 NSSS는 구현의 용이함을 위해 운용 모드에 상관 없이 종래 LTE 시스템에서의 제어 채널을 위한 전송 자원 영역에 해당하는 서브프레임 내 처음 3개의 OFDM 심볼에서는 전송되지 않는다. 종래 LTE 시스템에서의 CRS (Common Reference Signal) 및 물리 자원 상에서 충돌되는 NPSS/NSSS를 위한 RE들은 펑쳐링되어 종래 LTE 시스템에 영향을 주지 않도록 매핑된다.

셀 탐색 후 NB-IoT 단말은 PCID 외의 시스템 정보가 없는 상황에서 NPBCH를 복조한다. 따라서 LTE 제어채널 할당 영역에 NPBCH 심볼을 매핑할 수 없다. 그리고 4개의 LTE 안테나 포트, 2개의 NB-IoT 안테나 포트를 가정하여야 하기 때문에 그에 따른 CRS 및 NRS에 할당되는 RE는 NPBCH에 할당할 수 없다. 따라서 NPBCH는 주어지는 가용 자원에 맞게 rate-matching이 수행되어야 한다.

NPBCH 복조 후 NB-IoT 단말은 CRS 안테나 포트 수에 대한 정보를 획득하게 되지만, 여전히 LTE 제어채널 할당 영역 정보를 알 수 없다. 따라서 SIB1(System Information Block type 1) 데이터를 전송하는 NPDSCH를 LTE 제어채널 할당 영역으로 분류된 자원에 매핑하지 않는다.

그러나 NPBCH와 달리 LTE CRS에 할당되지 않는 RE를 NPDSCH에 할당 할 수 있다. SIB1 수신 후 NB-IoT 단말은 자원 매핑과 관련된 정보를 모두 획득한 상태이기 때문에, LTE 제어채널 정보와 CRS 안테나 포트 수에 기반하여 NPDSCH(SIB1을 전송하는 경우 제외)와 NPDCCH을 가용 자원에 매핑할 수 있다.

4. 제안하는 실시예

이하에서는, 상기와 같은 기술적 사상에 기반하여 본 발명에서 제안하는 구성에 대해 보다 상세히 설명한다.

종래 LTE 시스템에서의 NB-IoT는 FDD (Frequency Division Duplex)시스템의 normal CP(Cyclic Prefix)에서만 지원 가능하도록 설계되었으며, 동기 신호 (예: NPSS (Narrowband Primary Synchronization Signal), NSSS (Narrowband Secondary Synchronization Signal), MIB-NB(Master Information Block - Narrow Band) 및 SIB1-NB(System Information Block Type1-NB))가 전송되는 앵커 반송파 (anchor-carrier)는 하기 표와 같이 시간 영역에서 각 채널의 전송 서브프레임 위치가 고정되어 있다.

여기서, NPSS와 NPBCH는 각각 매 radio frame의 0번과 5번 subframe에 전송되는 반면, NSSS는 even-numbered radio frame의 9번 subframe에서만 전송된다. 또한, SIB1-NB(SystemInformationBlockType1-NB)는 16개의 연속된 radio frame 내에서 every other frame 마다 4번 subframe에 전송될 수 있으며, 16 radio frame의 주기와 시작 위치 등은

과 schedulingInfoSIB1에 따라서 달라질 수 있다. 그러나 특정 cell에서 SIB-1NB 전송에 사용되지 않는 subframe이라 할지라도, 다른 cell에서 4번 subframe에 SIB1-NB 전송을 하고 있을 수 있다.

따라서, NB-IoT 서비스를 위해서는 anchor-carrier에 최소한 4개의 DL subframe을 전송할 수 있어야 하며, random access response와 non-anchor carrier configuration을 위한 CarrierConfigDedicated-NB 전송 등을 위해서는 최소 5개의 DL subframe이 확보되어야 할 필요가 있다.

반면 TDD 시스템의 경우, 하기 표와 같이 UL/DL configuration에 따라 radio frame 내에서 DL subframe의 수가 제한적일 수 있다.

여기서, D와 U 및 S는 각각 downlink와 uplink, special subframe을 나타낸다. 다만, eIMTA (enhanced Interference Mitigation & Traffic Adaptation) feature가 지원되는 eNB에 있어, uplink subframe의 일부는 dynamic하게 downlink subframe으로 변경될 수 있다.

Downlink와 uplink 구간 사이에 존재하는 special subframe의 앞과 뒤는 각각 DwPTS와 UpPTS로 구성되며, DwPTS와 UpPTS 사이의 구간(gap)은 downlink-to-uplink switching과 TA(Timing Advanced)를 위해서 사용된다. 또한, 앞서 상술한 바와 같이, special subframe의 OFDM 또는 SC-FDMA symbol level의 구성은 downlink와 uplink의 CP length와 higher layer parameter srs-UpPtsAdd에 따라서 도 14 내지 도 17과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 앞서 상술한 바와 같이, X(srs-UpPtsAdd)는 하향링크 에서의 일반 CP를 위한 special subframeconfigurations {3, 4, 7, 8} 및 하향링크에서의 확장된 CP를 위한 special subframeconfigurations {2, 3, 5, 6}에 대해 2로 설정되지 않을 수 있다. 또한, 상기 X(srs-UpPtsAdd)는 하향링크 에서의 일반 CP를 위한 special subframeconfigurations {1, 2, 3, 4, 6, 7, 8} 및 하향링크에서의 확장된 CP를 위한 special subframeconfigurations {1, 2, 3, 5, 6}에 대해 4로 설정되지 않을 수 있다.

도 14는 하향링크에 대해 일반 CP 및 상향링크에 대해 일반 CP(normal CP in DL and normal CP in UL)가 적용되는 Special subframeconfigurations을 나타낸 도면이다.

도 15는 하향링크에 대해 일반 CP 및 상향링크에 대해 확장된 CP(normal CP in DL and extended CP in UL)가 적용되는 Special subframeconfigurations을 나타낸 도면이다.

도 16은 하향링크에 대해 확장된 CP 및 상향링크에 대해 일반 CP(extended CP in DL and normal CP in UL)가 적용되는 Special subframeconfigurations을 나타낸 도면이다.

도 17은 하향링크에 대해 확장된 CP 및 상향링크에 대해 확장된 CP(extended CP in DL and extended CP in UL)가 적용되는 Special subframeconfigurations을 나타낸 도면이다.

도 18은 도 14 내지 도 17에 있어 CP length에 따른 subframe구성 및 표식의 의미를 나타낸 도면이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 확장된 CP에 따른 서브프레임의 경우 12개 심볼로 구성되고, 일반 CP에 따른 서브프레임의 경우 14개 심볼로 구성된다. 이때, 각 하향링크 심볼 및 상향링크 심볼은 도 18의 아래와 같이 표현될 수 있다. 이하, 본 발명에 대해서도 상기와 같은 구조가 동일하게 적용된다고 가정한다.

여기서 DwPTS/UpPTS의 n번째 downlink/uplink symbol 및 추가적인 downlink/uplink symbol의 인덱스 n은 설명과 표현의 편의를 위해서 도 18의 index 번호를 따른다고 가정한다. 즉, 각 configuration 내에서 n_U는 시작 index가 0이 아닐 수 있다.

도 14 내지 도 17에 있어 DwPTS와 UpPTS 구간의 null구간은 단말 (예: NB-IoT 단말)에 의해 DL-to-UL switching gap으로 사용될 수 있으며, OFDM 또는 SC-FDMA symbol의 주기보다 약 1/3정도 짧은 20usec 정도로 구성될 수 있다. 또한, 각 열의 n-A (x,y)는 x개와 y개의 OFDM과 SC-FDMA symbol이 포함된 DwPTS와 UpPTS 구간을 갖는 n번째 special subframeconfiguration의 기본형을 나타내며, n-B (x,y+2)와 n-C (x,y+4)는 각각 기본형 n-A (x,y)에서 X(srs-UpPtsAdd) 값에 따라 SC-FDMA symbol 수가 증가된 special subframeconfiguration을 나타낸다.

앞서 살펴본 바와 같이, TDD 시스템은 UL/DL configuration에 따라 downlink로 고정된 subframe의 수가 다를 수 있으며, 또한 special subframeconfiguration에 따라 special subframe내에서도 downlink로 고정된 OFDM symbol 수가 다를 수 있다.

다만, eIMTA feature가 지원되는 경우, eNB는 uplink subframe의 일부를 dynamic하게 downlink subframe으로 변경하여 사용할 수는 있다.

그러나 NB-IoT 시스템의 NPSS와 NSSS, NPBCH, SIB1-NB 등의 고정적인 scheduling을 고려할 때, 특정 uplink subframe을 항상 downlink subframe으로 변경하여 사용하는 eIMTA 방식은 바람직하지 않을 수 있다.

따라서, TDD 시스템에서 NB-IoT를 지원하기 위해서는 다양한 UL/DL configuration과 special subframe configuration의 조합에 따른 사용 가능한 downlink subframe또는 OFDM symbol 수가 최대한 많이 지원될 수 있는 구조에 대한 설계가 필요하다.

이때, TDD 시스템에 적합한 NB-IoT anchor-carrier 구조 설계를 위해서 다음과 같은 사항 또는 제약 조건이 고려될 수 있다.

1. Operation mode

NB-IoT에는 크게 4가지의 동작 mode(In-band SamePCI, In-band DifferentPCI, guardband, standalone)를 지원한다. 해당 anchor-carrier의 operation mode는 NPBCH의 MIB-NB에 포함되어 전송되는 바, NB-IoT UE의 NPSS와 NSSS, NPBCH의 detection 및 decoding 전까지, 상기 NB-IoT UE가 operation mode에 관계없이 동일한 synchronization을 수행할 수 있는 NB-IoT 채널 구조가 필요하다. 만약, 그렇지 않은 경우, NB-IoT UE가 operation mode 등에 따른 blind detection 및 decoding이 추가되어야 하는 바, 이러한 구조는 “low cost and long battery life”를 특징으로 하는 NB-IoT 모뎀에 적합하지 않은 구조라 할 수 있다.

2. UL/DL configuration and special subframeconfiguration

표 10에서 알 수 있듯이, 모든 UL/DL configuration에서 공통적으로 사용 가능한 downlink subframe으로는 0번 subframe 및 5번 subframe이 있으며, 1번 subframe은 항상 partial downlink subframe으로 구성되며, 6번의 subframe은 UL/DL configuration에 따라서 partial downlink subframe 또는 fulldownlink subframe(subframe내의 모든 symbol이 downlink OFDM로 설정된)으로 구성될 수 있다.

따라서, 모든 UL/DL configuration에서 NB-IoT를 지원하기 위해, fulldownlink subframe으로는 0번 subframe과 5번 subframe만 사용 가능하다.

반면, fulldownlink subframe으로써 다른 downlink subframe 또는 OFDM symbol을 확보하기 위해서 UL/DL configuration과 special subframeconfiguration에 따라 다른 NB-IoT 채널 구조를 설계하는 경우, blind detection 및 decoding이 추가될 수 있다. 이러한 구조는 “low cost and long battery life”를 특징으로 하는 NB-IoT 모뎀에 적합하지 않은 구조라 할 수 있다.

3. LTE Rel.14의 NPSS와 NSSS 재활용

앞서 상술한 바와 같이, NPSS 및 NSSS는 3GPP 표준에 정의되어 있다.

보다 구체적으로, NPSS는 Zadoff-Chu sequence와 표 4의 cover sequence로 구성되며, subframe의 처음 3 OFDM symbol을 제외한 11개의 OFDM symbol에 할당되어 전송된다.

NSSS는 Zadoff-Chu sequence를 기반으로 표 8 의 이진 시퀀스 (binary sequence) 및 frame number에 따른 phase 회전이 추가적으로 적용되고, NPSS와 마찬가지로 subframe의 처음 3 OFDM symbol을 제외한 11개의 OFDM symbol에 할당되어 전송된다.

즉, NPSS와 NSSS 할당을 위해서는 주파수 영역에서 12개의 RE(Resource Element)를 갖는 하나의 PRB pair가 필요하고, 시간 영역에서 12개의 OFDM symbol이 필요하다. 또한, NPSS와 NSSS는 각 sequence 내에서 시간 영역의 채널 변화가 거의 없다고 가정할 수 있도록 연속된 OFDM symbol에 위치하고 있으며, 만약 각 sequence 내 일부 symbol이 시간 영역에서 불연속적으로 배치된다면 디코딩 성능 열화가 발생될 수 있다.

따라서, TDD 시스템의 NB-IoT에서도 NPSS와 NSSS는 시간 영역에서 연속된 최소 11개의 OFDM symbol에 할당될 필요가 있다.

4. LTE Rel.14의 NPBCH 재활용

NPBCH는 매 0번 subframe에서 11개의 연속된 OFDM symbol에 전송되지만, NPSS 및 NSSS와 다르게 34 bits(11 bits는 spare)의 payload와 16 bits의 CRC (Cyclic Redundancy Check)를 갖는 MIB-NB가 1/3 TBCC(Tail-Biting Convolutional Code) encoding과 rate matching을 거쳐 QPSK modulation 되어 640msec 동안 전송된다.

이때, NPBCH은 NRS(Narrowband Reference Signal) 기반의 채널 추정을 통해서 demodulation 및 decoding 될 수 있다.

따라서, NPBCH는 NPSS 및 NSSS와 다르게 11개의 OFDM symbol이 반드시 시간 영역에서 연속할 필요는 없으며, 만약 불연속적인 OFDM symbol에 나눠서 전송되더라도 각 불연속적인 OFDM symbol 구간 내에서 채널 추정을 위한 NRS만 포함된다면, 기존 구조를 변경하여 설계될 수 있다.

다만, 기존 NPBCH와 동일한 modulation order(QPSK)와 code rate를 지원하기 위해서는 radio frame 내에서 11개의 OFDM symbol에 걸쳐서 할당되거나, 4 port 기준의 CRS RE와 2 port 기준 NRS RE를 제외한 100개의 RE가 필요하다.

이때, operation mode와 UL/DL configuration, special subframeconfiguration에 따라 서로 다른 PBCH 구조가 설계되는 경우, NB-IoT UE 입장에서는 blind detection 및 decoding이 추가되는 바, 이러한 구조는 “low cost and long battery life”를 특징으로 하는 NB-IoT 모뎀에 적합하지 않은 구조라 할 수 있다.

이에, 본 발명에서는 상기와 같은 고려 사항 및 제약 조건을 기반으로 TDD 시스템을 위한 synchronization signals(NPSS와 NSSS) 및 channels (NPBCH), NRS-B(PBCH demodulation을 위한 reference signal이며, 이는 NPDCCH 그리고/또는 NPDSCH의 NRS와는 다를 수 있다), SIB1-NB의 구조 및 배치 방법 및 이에 기반한 신호 송수신 방법에 대해 상세히 설명한다.

4.1. 제1 제안 “NPBCH와 SIB1-NB의 default carrier 지정”

본 절에서는, 모든 UL/DL configuration에서 NB-IoT 동작을 지원하기 위한 방안으로써 downlink subframe수가 가장 작은 UL/DL configuration 0을 기준으로 0번 subframe과 5번 subframe에서 NPSS와 NSSS 또는 NSSS와 NPSS가 송수신되는 배치 구조를 제안한다. 이때, 상기 NPSS 및/또는 NSSS의 전송자는 eNB이고, NPSS 및/또는 NSSS의 수신자는 NB-IoT UE일 수 있다.

이때, NPBCH와 SIB1-NB가 전송될 수 있는 fulldownlink subframe이 부족할 수 있는 바, 본 발명에 있어 NPBCH와 SIB1-NB는 non-anchor carrier에서 전송될 수 있다.

다만, non-anchor carrier operation은 UE의 capability로 정의되는 바, UE의 capability에 따라서 non-anchor configuration이 가능하지 않은 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 single-carrier operation만 지원되는 NB-IoT UE에 대해 특별히 UL/DL configuration 0을 지원할 수 없도록 설정하는 경우, NB-IoT UE 입장에서는 적어도 NPSS와 NSSS의 sequence 정보만으로 UL/DL configuration을 알 수 없기 때문에 ambiguity가 발생하고, 이로 인해 eNB 입장에서는 NB-IoT UE의 올바른 동작을 기대하기 어렵게 된다.

따라서, 모든 TDD UL/DL configuration에서 NB-IoT 동작을 지원하기 위해서는 UE의 non-anchor carrier operation을 mandatory로 가정할 필요가 있다. 이때, TDD NB-IoT UE는 anchor-carrier에서 NPSS와 NSS를 검출하고, 특정 default carrier로 주파수를 변경하고, 해당 non-anchor carrier에서 NPBCH와 SIB1-NB 등의 수신을 기대할 수 있다.

여기서 NPBCH와 SIB1-NB가 전송될 수 있는(더 나아가서는 random access가 수행될 수 있는) default non-anchor carrier를 second-anchor carrier라고 명명할 수 있다. 이는 EARFCN(E-UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number)과 비슷한 방법으로 anchor-carrier와 second-anchor carrier의 관계 수학식으로 pre-define 되거나, 특정 offset 값으로 pre-define될 수 있다. 여기서 EARFCN과 유사한 방식은 하기 수학식과 같이 정의될 수 있다.

여기서,

와

은 각각 second-anchor carrier frequency와 해당 band의 가장 낮은 주파수(상수 값)를 나타내며,

과

,

은 각각 downlink EARFCN number와 downlink EARFCN 계산을 위한 offset 값, NB-IoT의 downlink channel number를 나타낸다. 또한,

는 anchor-carrier와 second-anchor carrier의 상대적인 offset을 나타내는 함수로 0보다 크거나 작은 값을 가질 수 있다.

는 band-agnostic 또는 band non-agnostic하게 설정될 수 있으며, NB-IoT 동작이 가능한 minimum LTE bdanwidth인 3MHz를 고려하여, 값이 제한될 수도 있다. 즉, 3MHz에서는 anchor carrier로 2번 또는 12번 PRB만 사용될 수 있으며, 할당 가능한 second-anchor carrier는 center 6RB와 anchor-carrier 중 하나를 제외하면, 8개의 값 중에 하나로 설정될 수 있다.

또한, NPSS와 NSSS, NPBCH는 anchor-carrier에서 전송되며, SIB1-NB만 second-anchor carrier에서 전송되도록 설정될 수 있으며, 이러한 구성은 UL/DL configuration 0에서 NB-IoT를 지원하지 않는 경우에도 적용될 수 있다. 이때,

의 parameter는 MIB-NB의 schedulingInfoSIB1-r13외 spare 11 bits의 정보에 추가적으로 할당되어 NB-IoT UE에게 제공될 수 있다.

4.2. 제2 제안 “NPSS와 NSSS, NPBCH는 기존과 동일한 subframe위치를 사용하며, SIB1-NB의 위치를 UL/DL configuration에 따라 가변 하는 방법 (Part A)”

본 절에서는, UL/DL configuration 0에서 NB-IoT를 지원하지 않는다는 가정하에, 기존과 동일한 NPSS, NSSS, NPBCH 구조를 유지하면서, SIB1-NB의 subframe위치를 UL/DL configuration에 따라 가변 시키는 방법에 대해 상세히 설명한다.

다만, SIB1-NB의 subframe위치가 고정되지 않는 바, MIB-NB에서 SIB1-NB의 scheduling information에 대한 정보를 추가하여 전송할 수 있다.

본 절에서 제안하는 방법에 따르면, NPSS, NSSS, NPBCH, SIB1-NB의 subframe위치는 하기 2개 표와 같이 설정될 수 있다. 또는, SIB1-NB와 NSSS는 서로 10msec 마다 번갈아 9번 subframe에서 전송될 수 있다.

여기서, NSSS는 even-numbered radio frame의 9번 subframe에서만 전송된다. 이때, UL/DL configuration 0은 fulldownlink subframe이 radio frame 내에서 2개만 존재하는 바, 상기 제2 제안에서는 고려하지 않는다고 가정한다.

또한, UL/DL configuration 6은 fulldownlink subframe이 radio frame 내에서 3개만 존재하는 바, UL/DL configuration 6에서 SIB1-NB 는 1번과 6번의 special subframe의 DwPTS를 활용하여 SIB1-NB-A와 SIB1-NB-B로 분할 전송되거나, 또는 1번과 6번의 special subframe 중 하나를 통해 전송될 수 있다. 이와 같은 방법은 특히 3GPP NR 시스템에 따른 NB-IoT 시스템에서 고려될 수 있다.

이와 같이 UL/DL configuration 및 special subframeconfiguration에 따라서 SIB1-NB의 scheduling을 다르게 하기 위한 방안으로써 MIB-NB에 SIB1-NB scheduling information이 변경 또는 추가되어 전송될 필요가 있다.

SIB1-NB scheduling을 위한 정보는 MIB에 4 bits information로 포함되어 NB-IoT UE에게 전송될 수 있다. MIB의 4 bits information은 SIB1-NB의 repetition number와 TBS를 결정하며, QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)로 변조되어 전송될 수 있다.

이때, NB-IoT UE는 radio frame 내에서 처음 3개의 OFDM symbol을 제외한 11개의 OFDM symbol을 사용하며, NPBCH 검출에서 획득한 NB-IoT antenna port 정보 및 LTE antenna port 정보 등을 바탕으로 rate matching을 수행한다. 특히, NB-IoT UE는 MIB-NB에서 획득한 SIB1-NB repetition 정보와 NSSS에서 획득한

정보를 바탕으로 SIB1-NB가 전송되는 radio frame의 위치를 결정할 수 있다.

먼저, NB-IoT UE는 SIB1-NB의 subframe 위치에 대한 정보를 획득하기 위해 “NPBCH에 spare 11 bits의 일부를 사용”하거나, 또는 “종래 NPBCH CRC masking와 다른 CRC mask를 사용"할 수 있다.

여기서, “NPBCH에 spare 11 bits의 일부를 사용”하는 방법에 따르면, 최대 2048개의 정보 구분이 가능하나, 향후 다른 정보의 지시를 위해 활용될 여지가 있는 바, SIB1-NB의 subframe 위치에 대한 정보를 위해 최소한의 bit 수가 할당되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, “종래 NPBCH CRC masking와 다른 CRC mask를 사용"하는 방법은 추가되는 정보의 양에 따라 CRC false alarm의 성능에 영향이 있을 수 있다. 따라서, SIB1-NB에 대한 정보 구분을 최소한으로 할 필요가 있다. 이때, SIB1-NB에 대한 정보 구분 방법은 경우에 따라 다음과 같이 구분될 수 있다.

1. SIB1-NB의 위치가 UL/DL configuration에 따라 고정되는 경우

표 11에 따르면, SIB1-NB은 4번 또는 9번 또는 1번 또는 6번 (또는 1번과 6번) subframe에 (걸쳐서) 전송될 수 있다. 이에, SIB1-NB의 subframe 위치에 대한 정보는 최대 4가지(또는 5가지)로 구분될 수 있다.

2. SIB1-NB의 위치가 UL/DL configuration에 따라 변경 되는 경우

표 12에 따르면, SIB1-NB은 3번 또는 4번 또는 6번 또는 7번 또는 8번 또는 1번 (또는 1번과 6번) subframe에 (걸쳐서) 전송될 수 있다. 이때, SIB1-NB의 subframe 위치에 대한 정보는 최대 6가지(또는 7가지)로 구분될 수 있다.

3. SIB1-NB의 위치가 special subframeconfiguration에 따라 변경 되는 경우

표 11 및 표 12에 따르면, UL/DL configuration 6의 경우 fulldownlink subframe에 NPSS와 NSSS, NPBCH가 할당되어 있는 바, SIB1-NB는 special subframe인 1번 또는 6번 (또는 1번과 6번에 걸쳐서) subframe에 할당될 수 있다.

이때, special subframeconfiguration에 따라서 DwPTS 구간이 달라지고, 이로 인해 사용 가능한 downlink OFDM 수에 제약이 발생할 수 있다. 또한, NB-IoT UE는 SIB1-NB를 decoding하기 전까지 control region의 OFDM symbol 수를 알 수 없는 바, DwPTS 구간의 3 OFDM symbol을 제외하면, SIB1-NB를 전송 가능한 OFDM symbol 수는 더욱 줄어들게 된다.

따라서, DwPTS 구간에서 최대한 많은 OFDM symbol 수를 사용하기 위한 방법으로써, eNB는 “NPBCH에 SIB1-NB subframe의 control region의 symbol 수”에 대한 정보를 NB-IoT UE에게 전송할 수 있다.

또한, special subframe configuration은 normal CP와 extended CP 기준으로 각각 10가지와 8가지가 있으나, DwPTS 구간에 대한 정보만 구분하기 위해서는 normal CP와 extended CP 기준으로 각각 6가지와 5가지면 충분하다.

뿐만 아니라, DwPTS의 downlink OFDM symbol 수가 불충분한 경우, gap 구간에 DwPTS와 연속해서 downlink OFDM symbol이 추가적으로 할당되어 SIB1-NB가 전송될 수 있다. 이때, DwPTS 구간 이후에 추가되는 downlink OFDM symbol에서는 legacy LTE reference signal(예: CRS)이 포함되지 않을 수 있다. 이에 따라 SIB1-NB에 대한 rate matching이 기존 DwPTS 또는 fulldownlink subframe과 다르게 적용될 수 있다.

또는, SIB1-NB와 NSSS는 서로 10msec 마다 번갈아 9번 subframe에 전송될 수 있다.

4.3. 제3 제안 “NPSS와 NSSS, NPBCH는 기존과 동일한 subframe위치를 사용하며, SIB1-NB의 위치를 UL/DL configuration에 따라 가변 하는 방법 (Part B)”

본 절에서는 앞서 상술한 제2 제안과 유사하며, UL/DL configuration 0번까지 사용 가능한 방법에 대해 상세히 설명한다.

다만, 상기 제안 방법은 eIMTA를 지원하는 eNB 또는 9번 subframe의 scheduling 제약을 허용하는 eNB에 대해서만 적용될 수 있다. 이에 따라, 하기 표와 같이 9번 uplink subframe은 매 2msec 마다 downlink subframe으로 변경될 수 있다.

또한, SIB1-NB는 UL/DL subframeconfiguration 6번과 동일하게 두 개의 파트로 구분되어 1번 subframe 및 6번 subframe에서 전송될 수 있다.

또는, SIB1-NB와 NSSS는 서로 10msec 마다 번갈아 9번 subframe에서 전송될 수 있다.

4.4. 제4 제안 “NPBCH를 anchor carrier의 special subframe에 전송하는 방법”

앞서 설명한 바와 같이, NPBCH는 특정 sequence의 조합으로 구성된 NPSS 및 NSSS와 달리 QPSK modulation 되어 전송되기 때문에, 반드시 연속된 OFDM symbol에 전송되어야 하지 않을 수 있다. 다만 이 경우, NPBCH demodulation을 위해서, 불연속된 OFDM symbol 집합 구간 내에 채널 추정을 위한 NRS가 포함되어 전송될 수 있다. 또한, TDD 시스템은 일반적으로 FDD 시스템과 비교하여 상대적은 좁은 coverage에 적합한 것을 고려할 때, NPBCH의 code rate은 LTE Rel.14 NB-IoT의 NPBCH보다 높게 설계될 수 있다. 다시 말해, TDD 시스템에서는 LTE Rel.14의 NPBCH 보다 적은 OFDM symbol 수를 사용하여 새로운 NPBCH 채널 구조 또는 할당 방법이 고려될 수 있다.

표 14은 모든 UL/DL configuration에서 NPSS와 NSSS, NPBCH가 anchor-carrier로 전송되는 예시를 나타낸다. 이때, SIB1-NB는 제1 제안과 같이 second-anchor carrier로 전송될 수 있다.

0번과 5번 subframe은 모든 UL/DL configuration에 대해 fulldownlink subframe으로 설정되는 바, NPSS와 NSSS는 각각 0번과 5번 subframe 을 통해 전송되거나, 또는 순서를 바꿔서 5번과 0번 subframe에서 전송될 수 있다.

QPSK로 modulation 되어 전송되는 NPBCH는 표 13와 같이 part-A와 part-B로 구분되어 1번과 6번 subframe에서 전송되거나, MIB의 payload size를 줄이거나 또는 code rate를 증가시켜 1번 또는 6번 subframe 중 하나의 subframe 에서만 NPBCH가 전송되도록 설정될 수 있다.

이하 설명에서는, NPBCH가 part-A와 part-B로 구분되어 전송되는 것을 주요 구성으로 설명한다.

3번과 4번, 5번 UL/DL configuration에 있어, 6번 subframe은 fulldownlink subframe으로 설정된다. 다만, UL/DL configuration에 관계 없는 NPBCH 구조를 설계하기 위해, 3번과 4번, 5번 UL/DL configuration에 대해서도 나머지 UL/DL configuration과 동일하게 NPBCH가 part-A와 part-B로 구분되어 전송될 수 있다.

만약, 3번과 4번, 5번 UL/DL configuration에 있어, NPBCH가 part-A와 part-B로 구분되지 않고 6번 subframe에서만 전송되도록 설정된다면, 앞서 상술한 제2 제안과 유사한 방법으로 “NPBCH에 spare 11 bits의 일부를 사용”하거나, 또는 “NPBCH CRC masking의 table을 확장”하는 방법으로 나머지 UL/DL subframe의 NPBCH 구성과 구분할 필요가 있다.

또한, NPBCH를 part-A와 part-B로 구분하여 special subframe의 DwPTS에 NPBCH-A와 NPBCH-B를 전송하기 위해서 NB-IoT UE는 rate matching을 위한 DwPTS 구간에 정보를 필요로 한다. 이에, 앞서 상술한 제2 제안과 유사한 방법으로 eNB는 “NPBCH에 spare 11 bits의 일부를 사용”하거나, 또는 “NPBCH CRC masking의 table을 확장”하는 방법으로 NB-IoT UE에게 관련 정보를 제공할 수 있다.

4.5. 제5 제안 “NSSS와 SIB1-NB를 time multiplexing하여 전송하는 방법”

NSSS와 SIB1-NB는 NPSS 및 NPBCH와 달리 매 radio frame에서 전송되지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, NSSS는 매 2msec 마다 한번 전송되도록 설정되고, SIB1-NB는 매 2msec 마다 한번 전송되거나 repetition number와

에 따라서 수 msec 동안 전송되지 않도록 설정될 수 있다.

이하, 본 절에서는 상기와 같이 불연속 전송이 허용되는 NSSS와 SIB1-NB의 특징을 기반으로 NSSS와 SIB1-NB를 radio frame 단위로 time multiplexing하는 방법에 대해 상세히 설명한다.

설명하는 시간 다중화 방법은 NPSS와 NPBCH의 subframe위치와 별개로 정의될 수 있으며, 표 13 또는 표 14과 같이 NPSS와 NPBCH가 구성된 경우에도 적용될 수 있다. 다만, 설명의 편의상, 본 절에서는 표 14을 변형한 표 15에 기반하여, 제안하는 시간 다중화 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.

표 15에서 NSSS는 매 odd-numbered (또는 even-numbered) radio frame의 5번 subframe에서 전송되며, SIB1-NB은 NSSS와 충돌 발생되지 않도록 연속된 160 msec의 radio frame 내의 매 even-numbered (또는 odd-numbered) radio frame에서 전송될 수 있다. 여기서, SIB1-NB가 연속된 160 msec 주기로 전송됨은 동일한 SIB1-NB는 160 msec 내에 일정 주기로 반복되어 전송될 수 있음을 의미한다.

이때, SIB1-NB는 repetition number가 16이면서

조건을 만족할 때, odd-numbered radio frame에서 전송될 수 있다. 이 경우, repetition number가 16이면 SIB1-NB는 NSSS와 충돌을 피할 수 없을 수 있다. 이에, FDD 시스템에 비해 상대적으로 좁은 coverage에 적합한 TDD 시스템의 특성을 고려할 때, SIB1-NB의 repetition number로는 16이 사용되지 않도록 제약이 설정될 수 있다.

보다 구체적인 실시예로, 하기 표와 같이 frame structure type에 따라 repetition number가 제안될 수 있다. 이때, NSSS는 SIB1-NB와 충돌을 회피하기 위하여 매 odd-numbered radio frame의 5번 subframe에서 전송될 수 있다.

도 19은 본 발명에 따른 단말과 기지국 간 신호 송수신 방법을 간단히 나타낸 도면이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 단말은 제1 반송파 (예: 앵커 반송파)를 통해 NPSS, NSSS 등을 수신하고, 제2 반송파 (예: 비-앵커 반송파)를 통해 SIB1-NB를 수신한다.

이때, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 단말은 매 시간 구간 마다 X 번째 (예: X=6) 시간 부-구간에서 상기 제1 반송파를 통해 상기 NPSS를 수신하고, 2 시간 구간 주기로 대응하는 시간 구간 (예: N번째 시간 구간) 내 Y 번째 (예: Y=1) 시간 부-구간에서 상기 제1 반송파를 통해 상기 NSSS를 수신할 수 있다. 이어, 수신된 PBCH에 포함된 MIB-NB가 SIB1-NB가 제2 반송파를 통해 전송됨을 지시하는 경우, 상기 단말은 하나 이상의 시간 구간 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (예: Y=1) 시간 부-구간에서 상기 제2 반송파를 통해 상기 SIB1-NB를 수신할 수 있다.

구체적인 예로, 상기 SIB1-NB가 하나의 시간 구간 주기로 전송되는 경우, 상기 SIB1-NB는 N번째 시간 구간의 1번째 시간 부-구간, N+1번째 시간 구간의 1번째 시간 부-구간에서 상기 제2 반송파를 통해 전송될 수 있다.

또는, 상기 SIB1-NB가 2 시간 구간 주기 또는 4 시간 구간 주기로 전송되는 경우, 상기 SIB1-NB는 상기 NSSS가 전송되지 않는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 상기 제2 반송파를 통해 전송될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 단말은 상기 SIB1-NB를 다른 신호 (예: NSSS)와의 충돌 없이 수신할 수 있다.

본 발명에 적용 가능한 일 예로, 상기 단말이 LTE TDD 시스템에서 동작하는 경우, 앞서 상술한 하나의 시간 구간은 LTE TDD 시스템의 하나의 무선 프레임에 대응하고, 하나의 시간 부-구간은 LTE TDD 시스템의 하나의 서브프레임에 대응할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 단말이 LTE TDD 시스템에서 동작하는 경우, 상기 LTE TDD 시스템은 협대역 사물 인터넷 동작을 지원하기 위해 LTE 시스템에서 정의되는 하나의 무선 프레임에 대한 상향링크/하향링크 설정 0을 지원하지 않을 수 있다. 이때, 상기 하나의 무선 프레임에 대한 상향링크/하향링크 설정 0은 표 10의 'Uplink/Downlink configuration 0'에 대응할 수 있다.

앞서 상술한 단말의 동작에 대응하여, 기지국은 매 시간 구간 마다 X 번째 (예: X=6) 시간 부-구간에서 상기 제1 반송파를 통해 상기 NPSS를 전송하고, 2 시간 구간 주기로 대응하는 시간 구간 (예: N번째 시간 구간) 내 Y 번째 (예: Y=1) 시간 부-구간에서 상기 제1 반송파를 통해 상기 NSSS를 전송할 수 있다. 이어, 수신된 PBCH에 포함된 MIB-NB가 SIB1-NB가 제2 반송파를 통해 전송됨을 지시하는 경우, 상기 기지국은 하나 이상의 시간 구간 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (예: Y=1) 시간 부-구간에서 상기 제2 반송파를 통해 상기 SIB1-NB를 전송할 수 있다.

상기 설명한 제안 방식에 대한 일례들 또한 본 발명의 구현 방법들 중 하나로 포함될 수 있으므로, 일종의 제안 방식들로 간주될 수 있음은 명백한 사실이다. 또한, 상기 설명한 제안 방식들은 독립적으로 구현될 수 도 있지만, 일부 제안 방식들의 조합 (또는 병합) 형태로 구현될 수 도 있다. 상기 제안 방법들의 적용 여부 정보 (또는 상기 제안 방법들의 규칙들에 대한 정보)는 기지국이 단말에게 사전에 정의된 시그널 (예: 물리 계층 시그널 또는 상위 계층 시그널)을 통해서 알려주도록 규칙이 정의될 수 가 있다.

5. 장치 구성

도 20은 제안하는 실시 예가 구현될 수 있는 단말 및 기지국의 구성을 도시하는 도면이다. 도 20에 도시된 단말 및 기지국은 앞서 설명한 단말과 기지국 간 신호 송수신 방법의 실시 예들을 구현하기 위해 동작한다.

단말(UE: User Equipment, 1)은 상향링크에서는 송신단으로 동작하고, 하향링크에서는 수신단으로 동작할 수 있다. 또한, 기지국(eNB 또는 gNB, 100)은 상향링크에서는 수신단으로 동작하고, 하향링크에서는 송신단으로 동작할 수 있다.

즉, 단말 및 기지국은 정보, 데이터 및/또는 메시지의 전송 및 수신을 제어하기 위해 각각 송신기(Transmitter: 10, 110) 및 수신기(Receiver: 20, 120)를 포함할 수 있으며, 정보, 데이터 및/또는 메시지를 송수신하기 위한 안테나(30, 130) 등을 포함할 수 있다.

또한, 단말 및 기지국은 각각 상술한 본 발명의 실시 예들을 수행하기 위한 프로세서(Processor: 40, 140)와 프로세서의 처리 과정을 임시적으로 또는 지속적으로 저장할 수 있는 메모리(50, 150)를 각각 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 단말(1)은 수신기(20)를 통해 NPSS, NSSS, SIB1-NB 등을 수신한다. 이때, 상기 단말(1)은 상기 NPSS 및 NSSS를 제1 반송파 (예: 앵커 반송파)를 통해 수신하고, SIB1-NB를 제2 반송파(예: 비-앵커 반송파)를 통해 수신할 수 있다. 여기서, 도 19를 예로 들면, 상기 NSSS가 N번째 시간 구간의 1번째 시간 부-구간에서 수신되는 경우, 상기 SIB1-NB는 N+1번째 (또는 N+3번째) 시간 구간의 1번째 시간 부-구간에서 수신될 수 있다.

이에 대응하여, 기지국(100)은 송신기(110)를 통해 NPSS, NSSS, SIB1-NB 등을 전송한다. 이때, 상기 기지국(100)은 상기 NPSS 및 NSSS를 제1 반송파 (예: 앵커 반송파)를 통해 전송하고, SIB1-NB를 제2 반송파(예: 비-앵커 반송파)를 통해 전송할 수 있다. 여기서, 도 19를 예로 들면, 상기 NSSS가 N번째 시간 구간의 1번째 시간 부-구간에서 전송되는 경우, 상기 SIB1-NB는 N+1번째 (또는 N+3번째) 시간 구간의 1번째 시간 부-구간에서 전송될 수 있다.

단말 및 기지국에 포함된 송신기 및 수신기는 데이터 전송을 위한 패킷 변복조 기능, 고속 패킷 채널 코딩 기능, 직교주파수분할다중접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division MultipleAccess) 패킷 스케줄링, 시분할듀플렉스(TDD: Time Division Duplex)패킷 스케줄링 및/또는 채널 다중화 기능을 수행할 수 있다. 또한, 도 20의 단말 및 기지국은 저전력 RF(Radio Frequency)/IF(Intermediate Frequency) 유닛을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서 단말로 개인휴대단말기(PDA: Personal Digital Assistant), 셀룰러폰, 개인통신서비스(PCS: Personal Communication Service) 폰, GSM(Global System for Mobile) 폰, WCDMA(Wideband CDMA) 폰, MBS(Mobile Broadband System) 폰, 핸드헬드 PC(Hand-Held PC), 노트북 PC, 스마트(Smart) 폰 또는 멀티모드 멀티밴드(MM-MB: MultiMode-Multi Band) 단말기 등이 이용될 수 있다.

여기서, 스마트 폰이란 이동통신 단말기와 개인 휴대 단말기의 장점을 혼합한 단말기로서, 이동통신 단말기에 개인 휴대 단말기의 기능인 일정 관리, 팩스 송수신 및 인터넷 접속 등의 데이터 통신 기능을 통합한 단말기를 의미할 수 있다. 또한, 멀티모드 멀티밴드 단말기란 멀티 모뎀칩을 내장하여 휴대 인터넷시스템 및 다른 이동통신 시스템(예를 들어, CDMA(Code Division MultipleAccess) 2000 시스템, WCDMA(Wideband CDMA) 시스템 등)에서 모두 작동할 수 있는 단말기를 말한다.

본 발명의 실시 예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시 예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 코드는 메모리 유닛(50, 150)에 저장되어 프로세서(40, 140)에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

본 발명은 본 발명의 기술적 아이디어 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 다양한 무선접속 시스템에 적용될 수 있다. 다양한 무선접속 시스템들의 일례로서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 또는 3GPP2 시스템 등이 있다. 본 발명의 실시 예들은 상기 다양한 무선접속 시스템뿐 아니라, 상기 다양한 무선접속 시스템을 응용한 모든 기술 분야에 적용될 수 있다. 나아가, 제안한 방법은 초고주파 대역을 이용하는 mmWave 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

Claims

협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말이 기지국으로부터 신호를 수신하는 방법에 있어서,
제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval) 동안 수신하되,
하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고,
상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval 동안 수신되고,
상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 수신되고;
상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 수신;하는 것을 포함하는, 단말의 신호 수신 방법.
제 1항에 있어서,
상기 제1 반송파는 앵커 반송파이고,
상기 제2 반송파는 비-앵커 반송파인, 단말의 신호 수신 방법.
제 1항에 있어서,
상기 X, 및 Y 값은 서로 상이한, 단말의 신호 수신 방법.
제 1항에 있어서,
상기 하나의 시간 구간은 하나의 무선 프레임(radio frame)이고,
상기 하나의 시간 부-구간은 하나의 서브프레임이고,
상기 하나의 라디오 프레임은 10개의 서브프레임을 포함하는, 단말의 신호 수신 방법.
제 4항에 있어서,
상기 X 값은 6 이고,
상기 Y 값은 1인, 단말의 신호 수신 방법.
제 1항에 있어서,
상기 SIB1-NB가 전송되는 하나 이상의 시간 구간 주기는,
2 시간 구간 주기, 또는 4 시간 구간 주기에 대응하는, 단말의 신호 수신 방법.
제 6항에 있어서,
상기 SIB1-NB는 상기 NSSS가 전송되지 않는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 상기 제2 반송파를 통해 수신되는, 단말의 신호 수신 방법.
제 1항에 있어서,
상기 무선 통신 시스템은 TDD (Time Division Duplex)시스템인, 단말의 신호 수신 방법.
제 8항에 있어서,
상기 무선 통신 시스템이 3GPP LTE (Long Term Evolution) 시스템에서 정의되는 TDD 시스템인 경우, 상기 무선 통신 시스템은 3GPP LTE 시스템에서 정의되는 하나의 무선 프레임(radio frame)에 대한 상향링크/하향링크 설정 0을 지원하지 않는, 단말의 신호 수신 방법.
협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 기지국이 단말로 신호를 전송하는 방법에 있어서,
제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송하되,
하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고,
상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송되고,
상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 전송되고;
상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 전송;하는 것을 포함하는, 기지국의 신호 전송 방법.
협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 기지국으로부터 신호를 수신하는 단말에 있어서,
수신부; 및
상기 수신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는,
제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 수신하되,
하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고,
상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 수신되고,
상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 수신되고;
상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 수신;하도록 구성되는 단말.
협대역 사물인터넷 (Narrow Band - Internet of Things; NB-IoT) 을 지원하는 무선 통신 시스템에서 단말로 신호를 전송하는 기지국에 있어서,
송신부; 및
상기 송신부와 연결되어 동작하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서는,
제1 반송파를 통해 협대역 주동기 신호 (Narrowband Primary Synchronization Signal; NPSS) 및 협대역 부동기 신호 (Narrowband Secondary Synchronization Signal; NSSS)를 서로 다른 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송하되,
하나의 시간 구간(time interval) 은 복수의 시간 부-구간 (time sub-interval)을 포함하고,
상기 NPSS는 매 시간 구간 (time interval) 마다 대응하는 시간 구간 내 X 번째(X는 자연수) 시간 부-구간 (time sub-interval)동안 전송되고,
상기 NSSS는 2 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 (Y는 자연수) 시간 부-구간 동안 전송되고;
상기 제1 반송파가 아닌 제2 반송파를 통해 하나 이상의 시간 구간 (time interval) 주기로 대응하는 시간 구간 내 Y 번째 시간 부-구간 동안 협대역 시스템 정보 블록 1 (System Information Block 1 - Narrow Band; SIB1-NB)를 전송;하도록 구성되는, 기지국.